BMe Kutatói pályázat

 

 

Gyöngyösi László

email cím

saját honlap  

BMe kutatói pályázat - 2012

2. díj

BME Informatikai Tudományok Doktori Iskola

BME VIK, Híradástechnikai Tanszék (HIT)

Témavezető: Dr. Imre Sándor


Klasszikus és kvantum-információ kódolása extrém zajos környezetben


Kidolgoztam egy kvantum-csatornakódolási eljárást, amellyel extrém zajos, kiindulási állapotban információtovábbításra alkalmatlan kvantumcsatornákon keresztül is megvalósítható az információátvitel. A módszer segítségével a kvantumcsatornák kapacitás-visszaállíthatósága az eddigi kódolási módszerek esetében fennálló kötöttségek és speciális peremfeltételek nélkül is megvalósítható.

 

A kutatóhely rövid bemutatása

A BME Híradástechnikai Tanszék 1991-ben alakult. A tanszék oktatási és kutatási feladatai szorosan kapcsolódnak a híradástechnika módszereihez és a hírközlő rendszerek tervezéséhez, az elektronikához és a számítástechnikához. A tanszék aktív szerepet vállal a Kar alap, mester és doktori szintű képzésében mind a villamosmérnöki, mind pedig a műszaki informatika szakon.

 

A kutatás történetének, tágabb kontextusának bemutatása

 

A Moore-törvény alapján, 2020-ra várhatóan egy bit információt egy atom tárol majd, így már néhány éven belül elérkezhet a kvantuminformatika világa. A kvantumszámítógép működése a kvantumelméletre épül, és alkalmas arra, hogy minden mai modern, feltörhetetlennek vélt kódot másodpercek alatt feltörjön. A kvantumszámítógépek napjainkban ugyan még nem állnak rendelkezésre, ellenük azonban csak a kvantumcsatornákon keresztüli kommunikáció nyújthat abszolút védelmet. A jövőbeni védelmi módszerek kidolgozása szempontjából így már ma alapvető fontosságú a kvantumcsatornákon keresztüli kommunikáció lehetőségeinek pontos megismerése. Kutatásaink célja a jövő kvantum-kommunikációs hálózataiban rejlő lehetőségek feltérképezése és alkalmazhatóságának vizsgálata.
A kutatási munka keretén belül vizsgáltuk a zajos kvantumcsatornák kapacitás visszaállíthatóságának kérdését, a nagy-hatótávolságú, biztonságos kvantum-kommunikáció gyakorlati implementálhatóságát.

 

Kutatás eredményeink jelentősége

A szuperaktiválás segítségével, egyenként zéró kapacitással rendelkező kvantumcsatornák együttesen akár teljesen hibamentes információátvitelre is használhatók. A kutatómunka keretében kidolgoztunk egy forradalmian új kvantum-kódolási eljárást, amellyel a szuperaktiválással egyenértékű eredmények érhetőek el. A módszerünk előnye, hogy a kvantumcsatornák kapacitás-visszaállíthatósága a szuperaktiválás jelenségének eléréséhez szükséges kötöttségek és speciális peremfeltételek nélkül is megvalósítható. A módszerünk - összehasonlítva a hagyományos szuperaktiválással -  nagyságrendekkel hatékonyabb megoldást nyújt a kvantumcsatornák kapacitásának visszaállítására és erősítésére. A kidolgozott eljárásunk neve poláraktiválás.

 

A poláraktiválás egy speciális kódolási eljárásra, az ún. polár-kódolásra épül. A poláraktiválás segítségével a szuperaktiválással azonos eredmények érhetőek el – kiindulási állapotban extrém zajos, információátvitelre alkalmatlan kvantumcsatornák használhatóak értékes információ átvitelére. A módszer általánosabb megoldást jelent a szuperaktiválásnál (1. ábra).

 

Mind a szuperaktiválás, mind pedig a poláraktiválás alapját az ún. „additivitási-tétel” sérülése jelenti: két kvantumcsatorna kombinálásával, és azok együttes használatával több információ továbbítható, mint a két független csatornán átküldött információmennyiség összege. A szuperaktiválás és poláraktiválás az additivitási tétel extrém sérülése: a kombinált csatornamodellben található csatornák önmagukban nem képesek információátvitelre; - a kombinált struktúra kapacitása azonban mégis pozitívvá tehető.

 

 

1. ábra. A kifejlesztett poláraktiválás általánosabb megoldást jelent a hagyományos szuperaktiválásnál. A szuperaktiválható kvantumcsatornák a poláraktiválható kvantumcsatornák egy részhalmaza.

 

 

A szuperaktiválásban rejlő lehetőségek forradalmiak. A kutatási munkánkban kiemelt fontosságot kapott a szuperaktiválási lehetőségek kutatása, feltérképezése és alkalmazhatósági lehetőségeinek vizsgálata a jövő telekommunikációs hálózataiban, - elsődlegesen kiemelve az optikai-alapú, valamint vezeték nélküli kvantum-kommunikációs hálózatokat. A szuperaktiválás jelensége ugyanakkor számos peremfeltételhez kötött. 

 

 

2. ábra. A hagyományos szuperaktiválás számos kötöttséggel rendelkezik. A szűk keresztmetszetet elsődlegesen az alkalmazható csatornamodellek, valamint a csatornák kiindulási kapacitása jelenti. A szuperaktiválható kvantumcsatornák halmazának bővítése csak a meglévő peremfeltételek feloldásával lehetséges.

 

 

 

A kutatás célja  

Célunk a szuperaktiválás jelenségénél fennálló peremfeltételek és kötöttségek eliminálása: definiáltuk a poláraktiválás fogalmát, valamint bizonyítottuk annak matematikai hátterét és igazoltuk annak információelméleti helyességét.

 

A kutatómunka keretén belül kidolgoztunk egy forradalmian új kvantum-kódolási eljárást, amellyel a szuperaktiválással egyenértékű eredmények érhetőek el. A módszerünk előnye, hogy a kvantumcsatornák kapacitás-visszaállíthatósága a szuperaktiválás jelenségének eléréséhez szükséges kötöttségek és speciális peremfeltételek nélkül is megvalósítható. Módszerünk - összehasonlítva a hagyományos szuperaktiválással -  nagyságrendekkel hatékonyabb megoldást nyújt a kvantumcsatornák kapacitásának visszaállítására és erősítésére (3. ábra).

 

 

3. ábra. A kifejlesztett poláraktiválás segítségével a szuperaktiválással azonos eredmények érhetőek el, a csatornákra vonatkozó kötöttségek és peremfeltételek nélkül. A poláraktiváláshoz csupán az adott kvantumcsatorna használta szükséges, szemben a szuperaktiválással, ahol az egyes csatornák kombinálásával érhető el a pozitív kapacitás.

 

 

Kvantumcsatornák poláraktiválása

A poláraktiválás segítségével tetszőleges, zéró kommunikációs kapacitással rendelkező kvantumcsatornák használhatók információátvitelre, a módszer pedig – a gyakorlati megvalósítás szempontjából releváns - optikai kvantumcsatorna-modellek esetében is alkalmazható. A módszer a csatornapolarizáció jelenségére épül: az alkalmazott csatornakódolási módszernek köszönhetően a bemeneti kódszó bitjeit két különböző csatornatípus továbbítja. Az egyik halmazban a közel teljesen zajmentes csatornák találhatók, míg a másik halmaz elemei az információátvitelre alkalmatlan kvantumcsatornák (4. ábra).

 

4. ábra. (a): A poláraktiválás a csatornapolarizáció jelenségére épül. A kiindulási állapotban információátvitelre alkalmatlan kvantumcsatornák a polarizálttá válnak, két jól elkülöníthető csoportra osztva a csatornaindexeket. Az egyik halmazban a közel ideális csatornák (ábra jelölés: G), míg a másik halmazban a teljességgel használhatatlan csatornák (ábra jelölés: B) lesznek. A polár-kódolás egy iteratív processzusra épül, az egyes szintek építőelemei az előző szinteken definiált csatornák. A folyamat része az R permutációs operátor, amely a kapott bemenetek cseréjét hajtja végre a módszerben definiált algoritmus szerint.

 

 

A munka keretében kidolgoztuk a poláraktiválás jelenségének eléréséhez szükséges matematikai hátteret, igazoltuk annak információelméleti helyességét, valamint bizonyítottuk a kidolgozott módszerünk hatékonyságát és alkalmazhatóságát. A módszert kiterjesztettem a klasszikus privát kapacitás poláraktiválására, amely eredmény szuperaktiválás segítségével nem érhető el (5. ábra).

 

 

5. ábra. Amíg a kvantumcsatornák privát kapacitásának szuperaktiválása nem lehetséges, annak poláraktiválása lehetséges.

 

Eredmények

 

Megadtuk a poláraktiválás eléréséhez szükséges csatornakódolási eljárást is, valamint javaslatot tettünk annak alkalmazhatóságára a jövő telekommunikációs rendszereiben.

 

A kutatásaimban mind a klasszikus, mind pedig a kvantum információátvitel poláraktiválási lehetőségeit elemeztem, kiemelve a kvantumcsatornák hibamentes, klasszikus- és kvantum-kapacitásának vizsgálatát. 

A kutatási munka keretén belül javaslatot tettem a napjainkban ismert kvantum-repeaterek működési mechanizmusának, illetve azok strukturális felépítésének módosításaira, amely módosításnak köszönhetően nagyságrendekkel hatékonyabb kommunikáció valósítható meg a jövő kvantum-kommunikációs hálózataiban.

 

A jövő telekommunikációs rendszereinek szempontjából kiemelt fontosságú a privát információtartalom átküldésének lehetősége. Megmutattam, hogy a kvantumcsatornák privát kapacitása is poláraktiválható (6. ábra), amely eredmény mind a kvantum-kriptográfia alapú, mind pedig a kvantum-telekommunikációs hálózatokban felhasználható.

 

6. ábra. (a): A kvantumcsatornák poláraktiválása előtt a csatornák nem képesek privát információ átvitelére. (b): A poláraktiválást követően a csatornák képesek a privát kommunikáció átvitelére is, amelyet a bemeneti kódszóhalmaz átrendeződése reprezentál (b).

 

Meghatároztam a privát kapacitás poláraktiválásához szükséges feltételrendszert, valamint a bemeneti kódszavak tulajdonságait. Több különböző kódszó halmazt definiáltam, valamint meghatároztam az elérthető poláraktivált csatornakapacitást a konstruált kódszavak jellemzőinek függvényében. A Bhattacharya paraméter a kvantumcsatorna zaját jellemzi: 0 egy zajmentes csatorna esetén, 1 maximális zaj esetén.

 

 

 

 

7. ábra. (a): A csatornapolarizáció következtében kialakuló halmazok csatornaindexeinek aránya a kvantumcsatorna poláraktivált kapacitásával egyenlő. (b): Meghatároztam a privát kapacitás poláraktiválásához szükséges alsó kapacitáskorlátot. A kritikus alsó korlát elérését követően a poláraktivált csatornákon keresztül privát kommunikáció valósítható meg.

 

 

 

 

 

8. ábra. (a): A poláraktiválás előtt a csatorna nem képes privát információ átvitelére. (Jelölések: sárga tartomány: privát kapacitás, kék tartomány: pozitív klasszikus kapacitás és pozitív privát kapacitás, vörös tartomány: pozitív klasszikus kapacitás és zéró privát kapacitás. A csatorna kiindulási állapotban vörös tartománnyal jellemezhető.). (b): A poláraktiválás hatására a csatorna privát kapacitása pozitív lesz, így a kezdetben zéró privát kapacitással rendelkező csatorna is alkalmassá tehető privát információ átvitelére (a poláraktiválás hatására a kék tartományba átlépve, pozitív privát kapacitás realizálható).

 

 

 

 

9. ábra. (a): A poláraktiválás különböző tulajdonságú kvantumcsatornákra is kiterjeszthető. A lehallgató kvantumcsatornának minőségétől függően megkülönböztethetjük a nem-degradált (a lehallgató csatornája jó minőségű), (b): illetve degradált (a lehallgató csatornája rossz minőségű) kvantumcsatornákat.

 

Poláraktiválás hatékonysága

A poláraktiválás hatékonyságát a kódolási metódusban alkalmazott polár kódszavak garantálják. Az adott kvantumcsatorna n használatát feltételezve, a módszer komplexitása 

   

 

Összefoglalás

A poláraktiválás számos előnnyel rendelkezik a hagyományos szuperaktiváláshoz képest. Amíg a szuperaktiválás jelensége számos kiinduló feltételhez és peremfeltétekhez kötött, addig a poláraktiválás tetszőleges kvantumcsatornára alkalmazható.

 

10. ábra. A poláraktiválás segítségével extrém zajos, kiindulási állapotban információátvitelre teljességgel alkalmatlan kvantumcsatornákon keresztül is megvalósítható az információátvitel.

 

11. ábra. A poláraktiválás során alkalmazott csatornakódolási mechanizmus elvi vázlata. A polarizált csatornastruktúra bemenete egy n hosszúságú kódszó, amelyből l bit értékes információt tartalmaz. Az értékes bitek a polarizált csatornastruktúra közel ideális csatornáin keresztül kerülnek továbbításra. A poláraktivált csatorna kapacitását a poláraktiváláshoz konstruált kódszóban található értékes és értéktelen bitek aránya határozza meg.

 

 

Klasszikus kommunikáció zéró-kapacitású kvantumcsatornákon keresztül

A kvantumcsatornák kapacitás-visszaállításának kérdését kiterjesztettük a kvantumcsatornák klasszikus kapacitására, amely jelentős elméleti áttörést jelent a kvantumcsatornákon keresztüli információátvitel valódi információelméleti háttérének megismerése szempontjából.

 

Kidolgoztuk a zéró-kapacitású kvantumcsatornákon keresztüli klasszikus információátvitel megvalósításához szükséges elméleti modellt és igazoltuk annak információelméleti helyességét.

 

Felfedezésünk jelentősége 

A szuperaktiválás jelenségét a kvantumcsatornák kvantum-kapacitásra igazolták. A klasszikus kapacitás szuperaktiválása lehetetlennek bizonyult. A kutatási munka keretén belül beláttuk, hogy a szuperaktiválási jelensége a klasszikus információátvitelre is kiterjeszthető, amely jelentős matematikai és információelméleti következményeket von maga után. A bevezetett módszerünk neve „kvázi-szuperaktiválás”, ugyanis a szuperaktiválással egyenértékű eredményeket, a hagyományos értelemben vett szuperaktiválástól eltérő megoldások segítségével értük el.

 

 

A csatornamodell elemei a következő ábrán láthatóak. Az első csatorna tetszőleges, zéró-kapacitású kvantumcsatorna lehet. A második csatorna az ún. „cloning”-csatorna, amely a stimulált emisszió fizikai folyamatát modellezi (12. ábra).

 

 

12. ábra. (a): A kvantumcsatorna kommunikációs kapacitásának leírására használt jelölések: X – Alice klasszikus bemeneti regisztere (klasszikus üzenete), A – csatorna bemenet, P – purifikációs állapot: absztrakt kvantumrendszer a csatorna zajának modellezéséhez, B – első csatorna kimenete, E – környezet, C – második csatorna kiegészítő bemenete, O- a második csatorna kimenete, D – kiegészítő kimenet, F - környezet). A kommunikáció során Alice klasszikus korrelációt hoz létre az eredeti, klasszikus üzenetét reprezentáló X regiszter, valamint a csatorna bemenetét reprezentáló A rendszer (sűrűségmátrix) között (narancssárga jelölés.) Az általunk konstruált csatornamodell előnye: az első csatorna bármilyen, zéró klasszikus kapacitással rendelkező csatorna lehet.

(b): Az M csatorna önmagában nem képes klasszikus információ átvitelére. A csatorna megsemmisít minden klasszikus korrelációt az O csatornakimenet valamint az X bemeneti regiszter között.

 

Az M csatorna klasszikus kapacitása zéró, ugyanis a csatorna O kimenete és Alice X regisztere között minden klasszikus korreláció megszűnik. A pozitív klasszikus kapacitás elérésének feltétele az X bemeneti regiszter és a csatorna kimenet közötti klasszikus korreláció visszaállítása. Amíg egyetlen M csatorna esetében a klasszikus korreláció visszaállítására nincs mód, két M csatorna, valamint egy speciális kiegészítő összefonódott állapot használatával visszaállítható az X regiszter és a csatornakimenetek közti korreláció (13. ábra). A hagyományos értelemben vett szuperaktiválással ezen eredmény nem érhető el, ugyanis két, egyenként zéró klasszikus kapacitással rendelkező kvantumcsatorna nem szuperaktiválható – amely matematikailag is belátható a Choi-Jamiolkowski tételek segítségével. 

 

 

 

13. ábra. (a): Az M kvantumcsatorna klasszikus kapacitása zéró: a csatorna megsemmisít minden klasszikus korrelációt az X bemeneti regiszter valamint az O csatorna kimenet között. (b): két csatorna együttes alkalmazásával, valamint megfelelő mennyiségű összefonódottságot tartalmazó kiegészítő bemenet esetén klasszikus korreláció állítható elő a kombinált csatornastruktúra kimenetei, valamint az X bemeneti regiszter között. 

 

A „kvázi-szuperaktiválás” segítségével klasszikus kommunikáció is megvalósítható egyenként zéró klasszikus kapacitással rendelkező csatornák esetén. A két, egyenként zéró-kapacitással rendelkező csatorna együttes alkalmazásával pozitív kapacitás érhető el. A bemeneti X regiszter és a kombinált csatornastruktúra kimenetei között klasszikus korreláció jelenik meg, amely a pozitív klasszikus kapacitás feltétele. A nem-zérus klasszikus kapacitás azonban csak a két csatorna együttes használatával, valamint egy speciális kiegészítő bemenet használatával érhető el. A kiegészítő bemenet teljesen független a kvantumcsatornák tényleges bemenetétől (14. ábra).  

 

 

14. ábra. A kvázi-szuperaktiválás jelenségének összefoglalása. A kombinált csatornastruktúra kimenetei és a klasszikus X regiszter közötti klasszikus korreláció megteremtése csak egy speciálisan megválasztott, összefonódott kiegészítő állapot segítségével lehetséges. A kiegészítő bemeneti állapotban kódolt speciális mértékű összefonódottság aktiválja a két, információátvitelre önmagában teljességgel alkalmatlan kvantumcsatornát. A kiegészítő bemeneti állapot teljesen független a csatornabemenetektől valamint az X klasszikus regisztertől, azonban az állapotból értékes információ nyerhető ki.

 

 

A jelenség előidézésének előfeltétele a kiegészítő bemenet megfelelő megválasztása. Bebizonyítottam, hogy az X regiszter és a csatornakimenetek közti klasszikus korreláció csak és kizárólag összefonódott kiegészítő bemenetek alkalmazásával valósítható meg, ugyanakkor ezen összefonódottság nem lehet maximális. A kiegészítő bemenetben kódolt összefonódottság mértéke csak egy jól specifikált tartományon belül mozoghat. Az összefonódottság mértéke egyúttal a visszaállítható klasszikus korreláció mértékét is meghatározza (15. ábra).

 

 

15. ábra. (a):  Amennyiben a kiegészítő bemenetben kódolt összefonódottság mértéke egy speciális tartományon kívül található, a két csatorna nem képes aktiválni egymást, a kombinált struktúra kapacitása pedig triviálisan zéró. (b) Speciálisan megválasztott összefonódottság esetén a két csatorna aktiválja egymást. A kiegészítő állapotban kódolt összefonódottság felhasználható a csatornakimenetek és az X regiszter közötti klasszikus korreláció visszaállítására. A kiegészítő bemenet független mind az X regisztertől, mind pedig az A bemeneti rendszertől.

 

Megállapítottam, hogy a zéró kapacitású kvantumcsatornákat tartalmazó csatornastruktúra kimenetei, valamint az X bemeneti regiszter között visszaállított klasszikus korreláció alapján, a csatornastruktúra klasszikus kapacitása a következőképpen fejezhető ki (16. ábra). (Omega - a kiegészítő bemeneti állapotban kódolt összefonódottság mértéke, 0,5 esetén maximális).

 

16. ábra. A visszaállítható klasszikus kapacitás mértéke a csatornakonstrukció kiegészítő bemenetére adott összefonódottság mértékétől függ. Maximálisan összefonódott kvantumállapot esetén nem nyerhető ki értékes információ a kiegészítő állapotból, így a csatornakonstrukció klasszikus kapacitása zéró.

 

Fejlett kvantum-hibajavítás vezeték nélküli és satellite kvantumcsatornákhoz

A poláraktiválás és a kvázi-szuperaktiválás mellett kidolgoztam egy hatékony, minimális redundanciára épülő kvantum-hibajavító protokollt. A protokoll nagy hatékonysággal alkalmazható vezeték nélküli, valamint satellite-alapú rendszerek esetén. A kifejlesztett hibajavító metódus - szemben az eddigiekben alkalmazott kvantum-hibajavító algoritmusokkal – ismeretlen kvantumállapotokban kódolja a kvantumcsatorna ismeretlen zaj transzformációját. A kvantumállapotok a hibajavítási folyamatban egy inverz transzformációt követően felhasználhatók az ismeretlen kvantumállapotokon bekövetkezett – szintén ismeretlen – hiba javítására. Az ismeretlen d kvantumállapot javítására a szintén ismeretlen teta kvantumállapotokkal kerül sor, amely állapotok a kvantumcsatorna ismeretlen zaj-transzformációját kódolják (17. ábra).

Az eredmény jelentősége

A hibajavítás tetszőleges méretű kvantum-kódszóra kiterjeszthető – az aktuális kvantumcsatorna fizikai paramétereinek függvényében. Az általam kidolgozott módszer teljességgel szakít a hagyományos kvantum-hibajavítási módszerek esetén alkalmazott eljárásokkal. A módszer hatékonysága nagyságrendekkel meghaladja a jelenlegi metódusok hatékonyságát. Kidolgoztam a módszer információelméleti és matematikai bizonyítását, ugyanakkor a tényleges potenciál kihasználásához, valamint a fizikai megvalósítások jellemzőinek feltérképezéséhez laboratóriumi tesztelések szükségesek a későbbiekben.

        

17. ábra. (a): A kidolgozott csatornakódolási metódus nagy hatékonysággal alkalmazható vezeték nélküli kvantumcsatornák, valamint űrtávközlési rendszerek esetén. (b): A hibajavító áramkör egyszerű alapkapukból áll. A hibajavítás tetszőleges méretű kódszóra kiterjeszthető.

 

 

A kifejlesztett kvantum-hibajavító módszerem az első NASA kvantum-konferencián (First NASA Quantum Future Technologies Conference, NASA Ames Research Center, Moffett Field, California, USA.), valamint egy szakmai konferencián is bemutattam (Second International Conference on Quantum Error Correction (QEC11), Dec. 2011, University of Southern California, Los Angeles, USA). 

Összefoglaló

A kvantumcsatornák kapacitásának visszaállítása - klasszikus kommunikációs rendszerekben nem megvalósítható, tisztán kvantummechanikai jelenségekre épül - új távlatokat nyitva a jövő telekommunikációs hálózatainak kommunikációjában. A szuperaktiválás segítségével, egyenként zéró kapacitással rendelkező kvantumcsatornák együttesen, akár teljesen hibamentes információátvitelre is használhatók. A poláraktiválásban rejlő lehetőségek forradalmiak.

A kutatási munkámban emellett kiemelt fontosságot kapott a szuperaktiválási lehetőségek kutatása, feltérképezése és alkalmazhatósági lehetőségeinek vizsgálata a jövő telekommunikációs hálózataiban - elsődlegesen az optikai-alapú, valamint vezeték nélküli kvantum-kommunikációs hálózatokat tanulmányozva. A kidolgozott csatornakódolási eljárások segítségével átléphetőek a jelenleg ismert hibajavító algoritmusok korlátai. A kidolgozott hibajavító algoritmus nagy hatékonysággal alkalmazható szabadtéri, illetve üvegszálas optikai kvantumcsatornák esetében, valamint a kvantum-repeaterek közti kommunikációban.

Köszönetnyilvánítás

A kutatási eredményeket a TAMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002, 4.2.2.B-10/1--2010-0009, valamint a COST Action MP1006 támogatta.

 

Hivatkozások

E. Arikan. Channel polarization: A method for constructing capacity achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels. IEEE Transactions on Information Theory, 55(7):3051–3073, July 2009. arXiv:0807.3917.

H. Mahdavifar and A. Vardy. Achieving the Secrecy Capacity of Wiretap Channels Using Polar Codes. arXiv:1001.0210v2 [cs.IT], April 2010.

M. M. Wilde and S. Guha. Polar codes for classical-quantum channels. arXiv:1109.2591v1 [quant-ph], September 2011.
K. Bradler, An infinite sequence of additive channels: the classical capacity of cloning channels. IEEE Trans. Info. Theory, vol. 57, no. 8, arXiv:0903.1638, (2011)

K. Bradler, P. Hayden, D. Touchette, and M. M. Wilde, Trade-off capacities of the quantum Hadamard channels, Journal of Mathematical Physics 51, 072201, arXiv:1001.1732v2, (2010).

A. Holevo, “The capacity of the quantum channel with general signal states”, IEEE Trans. Info. Theory 44, 269 - 273 (1998).

B. Schumacher and M. Westmoreland, “Sending classical information via noisy quantum channels,” Phys. Rev. A, vol. 56, no. 1, pp. 131–138, (1997).

S. Lloyd, “Capacity of the noisy quantum channel,” Phys. Rev. A, vol. 55, pp. 1613–1622, (1997)

P. Shor, “The quantum channel capacity and coherent information.” lecture notes, MSRI Workshop on Quantum Computation, Available online at http://www.msri.org/publications/ln/msri/2002/quantumcrypto/shor/1/. (2002).

I. Devetak, “The private classical capacity and quantum capacity of a quantum channel,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 51, pp. 44–55, quant-ph/0304127, (2005).

G. Smith, J. Yard, Quantum Communication with Zero-capacity Channels. Science 321, 1812-1815 (2008)

G. Smith, J. A. Smolin and J. Yard, Gaussian bosonic synergy: quantum communication via realistic channels of zero quantum capacity, arXiv:1102.4580v1, (2011).
R. Duan, Superactivation of zero-error capacity of noisy quantum channels.arXiv:0906.2527, (2009)
T. S. Cubitt, G. Smith, Super-Duper-Activation of Quantum Zero-Error Capacities, arXiv:0912.2737v1. (2010).

T. Cubitt, D. Leung, W. Matthews and A. Winter, Improving Zero-Error Classical Communication with Entanglement, Phys. Rev. Lett. 104, 230503 (2010), arXiv:0911.5300 [quant-ph]
T. Cubitt, J. X. Chen, and A. Harrow, Superactivation of the Asymptotic Zero-Error Classical Capacity of a Quantum Channel, arXiv: 0906.2547. (2009)

F.G.S.L. Brandao, J. Oppenheim and S. Strelchuk, "When does noise increase the quantum capacity?", arXiv:1107.4385v1  [quant-ph] (2011)

M. Christandl, A. Winter, Uncertainty, Monogamy, and Locking of Quantum Correlations, IEEE Trans Inf Theory, vol 51, no 9, pp 3159-3165 (2005)., arXiv:quant-ph/0501090.

 

Eredmények

 

Konferenciák

Az eredmények külföldi konferenciákon kerültek bemutatásra, többek között::

  • Massachusetts Institute of Technology (MIT), (Cambridge, USA)
  • Stanford University (USA)
  • First NASA Quantum Future Technologies Conference (NASA Ames Research Center, Moffett Field, California, USA.)
  • University of Tokyo (Tokyo, Japan)
  • University of Southern California (Los Angeles, USA)
  • University of Oxford, (United Kingdom)
  • University of Montreal (Canada)
  • University of Cambridge (Cambridge, UK),
  • University of Harvard (Cambridge, USA),
  • University of Berkeley (California, USA),
  • Princeton University (New Jersey, USA),
  • University of Arizona (Arizona, USA);
  • University of Ottawa (Canada)
  • University of Queensland (Australia),
  • University of Southampton (UK),
  • National Institute of Informatics, Tokyo (Japan),
  • Nanyang Technological University, (Singapore).

 

A szakmai konferenciacikkekkel 2009-ben Future Computing „Best Paper Award” díjat, valamint 2010-ben a Harvard Egyetem (Cambridge, USA) szakmai díját sikerült elnyernem. 2009-ben a Hírközlési és Informatikai Tudományos Egyesület „Pollák-Virág” díját, 2010-ben a Csibi Sándor Ösztöndíjat, valamint az Arizonai Egyetem díját sikerült elnyernem. Kutatási eredményeimmel 2011-ben a Stanford Egyetem, a Dél-Kaliforniai Egyetem, valamint a QIP 2012 (Quantum Information Processing) konferencia díját, míg 2012-ben az APS (American Physical Society, California, USA), valamint az OSA (The Optical Society of America, Rochester, New York, USA) díját nyertem el.

 

Publikációk

A kutatási eredmények nemzetközi szakmai folyóiratokban kerültek publikálásra (pl. IEEE, Elsevier, Springer, Wiley.)

A publikációk listája

 

Proceedings of the IEEE (Special Centennial Celebration Issue)

Két cikk publikálása a Proceedings of the IEEE folyóirat 100 éves jubileumi különszámában.

 

 

100th Year Anniversary Celebration Volume of the Proceedings of the IEEE (Special Centennial Celebration Issue: Reviewing the Past, the Present, and the Future of Electrical Engineering Technology and the Profession)

 

 

Sandor Imre, Laszlo Gyongyosi: Introduction to Quantum-assisted and Quantum-based Solutions, with Lajos Hanzo, Harald Haas, Dominic O’Brien and Markus Rupp, in "Prolog to the Section on Wireless Communications Technology", Proceedings of the IEEE, Volume: 100, Issue: Special Centennial Issue, ISSN: 0018-9219. (Impact Factor: 5.151, IEEE Highest), 2012.

 

Sandor Imre, Laszlo Gyongyosi: Quantum-assisted and Quantum-based Solutions in Wireless Systems, with Lajos Hanzo, Harald Haas, Dominic O’Brien and Markus Rupp, in: "Wireless Myths, Realities and Futures: From 3G/4G to Optical and Quantum Wireless", Proceedings of the IEEE, Volume: 100, Issue: Special Centennial Issue, ISSN: 0018-9219. (Impact Factor: 5.151, IEEE Highest), 2012.

 

 

 

Könyv

Sandor Imre and Laszlo Gyongyosi: Advanced Quantum Communications - An Engineering Approach

Publisher: Wiley-IEEE Press (New Jersey, USA), John Wiley & Sons, Inc., The Institute of Electrical and Electronics Engineers. 

Book Details: Hardcover: 524 pages, ISBN-10: 1118002369, ISBN-13: 978-11180023, Sept. 2012.

 

 

 

 

Oktatás:

·         Kvantum infokommunikáció és alkalmazásai (BME-VIHIAV13), Híradástechnikai Tanszék, BME, www.mcl.hu/quantum

·         Kvantum-informatika és kommunikáció (BME-VIHIAV06), Híradástechnikai Tanszék, BME, www.mcl.hu/quantum

 

arXiv

ArXiv publikációs lista

 

Válogatott publikációk

 

 C.V. 

Gyöngyösi László 2008-ban szerzett kitüntetéses diplomát a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar műszaki informatika szakán. Jelenleg doktorjelölt a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Híradástechnikai Tanszékén. Főbb kutatási területei a kvantuminformatika, kvantum-kommunikációs protokollok, valamint a kvantumkriptográfia.